Modélisation du rayonnement thermique directionnel et corrections angulaires de la température de surface mesurée à distance

Modelling of directional thermal radiation and angular correction on land surface temperature from space

• Auteur / Autrice : Huazhong Ren
• Direction : Françoise Nerry, Guangjian Yan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télédétection et imagerie physique
• Date : Soutenance le 24/05/2013
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Beijing Normal University
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Liangfu Chen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Qinhuo Liu, Zhao-Liang Li
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Royer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiomètres

Imagerie infrarouge

Télédétection

Modèles mathématiques

Rayonnement thermique

Mots clés libres

Télédétection multi-directionnelle

Télédétection infrarouge thermique

Rayonnement thermique directionnelle

Température de surface terrestre

Émissivité

Correction angulaire

Multi-angular remote sensing

Thermal remote sensing

Directional thermal radiation

Land surface temperature

Emissivity

Angular correction

Résumé

L'objectif de cette thèse est la modélisation du rayonnement thermique directionnel des surfaces et de la correction angulaire sur la LST par des méthodes empiriques et physiques ainsi que l'analyse de validation sur le terrain. L'émissivité directionnelle des surfaces naturelles a été obtenue à partir du produit émissivité MODIS et est ensuite utilisée dans l'algorithme de split-window de correction angulaire sur la LST. Les modèles de paramétrage de l'émissivité directionnelle et du rayonnement thermique ont été développés. En ce qui concerne les pixels non iso-thermiques, la méthode de jour-TISI a été proposée pour obtenir l'émissivité directionnelle et la température effective à partir de données multi-angulaires infrarouges médian et thermique. Cela a été validé à l'aide de données aéroportée. Le modèle de noyaux Kernel BRDF a été vérifié dans le domaine de l'infrarouge thermique et son extension a servi à la normalisation angulaire de la LST. Un nouveau modèle, FovMod, qui concerne l'empreinte du capteur au sol, a été développé pour simuler la température de brillance directionnelle de couvert végétal en rang. Basé sur le résultat de la simulation de FovMod, une empreinte optimale pour la validation de champ de vue a été obtenue. Cette thèse a étudié systématiquement le rayonnement thermique directionnel et les corrections angulaires sur la température de surface et ses résultats amélioreront la précision sur la température et émissivité à partir de données de télédétection. Ils fourniront également des indices pour la conception de capteurs infrarouges thermiques multi-angulaires aéro/spatio portés et également pour la mesure au sol des paramètres de surface.

The aim of this thesis is the modeling of surface directional thermal radiation and angular correction on the LST by using empirical and physical methods as well as the analysis of field validation. The work has conducted to some conclusions. The directional emissivity of natural surfaces was obtained from MODIS emissivity product and then used in the split-window algorithm for angular correction on LST. The parameterization models of directional emissivity and thermal radiation were developed. As for the non-isothermal pixels, the daytime-TISI method was proposed to retrieve directional emissivity and effective temperature from multi-angular middle and thermal infrared data. This was validated using an airborne dataset. The kernel-driven BRDF model was checked in the thermal infrared domain and its extension was used to make angular normalization on the LST. A new model, namely FovMod that concerns on the footprint of ground sensor, was developed to simulate directional brightness temperature of row crop canopy. Based on simulation result of the FovMod, an optimal footprintfor field validation of LST was obtained. This thesis has systematically investigated the topic of directional thermal radiation and angular correction on surface temperature and its findings will improve the retrieval accuracy of temperature and emissivity from remotely sensed data and will also provide suggestion for the future design of airborne or spaceborne multi-angular thermal infrared sensors and also for the ground measurement of surface parameters.